專利名稱：鑲鋼結(jié)構(gòu)的工模具鋼強(qiáng)韌化工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于熱處理領(lǐng)域。
工模具鋼的雙細(xì)化(碳化物細(xì)化和奧氏體晶粒細(xì)化)處理，對改善金相組織，提高機(jī)械性能是一個(gè)有效的方法，各國學(xué)者在這方面都作了許多工作，如軸承鋼的沸水淬火+高溫回火的方法;高溫奧氏體+300℃貝氏體等溫+700℃高溫回火工藝。這些方法雖在試驗(yàn)室樣品上可取得較好細(xì)化和超細(xì)化的效果，但在工業(yè)生產(chǎn)上由于沸水淬火在中溫區(qū)冷卻速度不足，導(dǎo)致網(wǎng)狀碳化物的析出，無法付之于生產(chǎn)實(shí)施;等溫處理的方法，由于時(shí)間長生產(chǎn)效率低，也不能全面應(yīng)用于生產(chǎn)，采用鑲鋼結(jié)構(gòu)，使工模具鋼克服了碳化物細(xì)化工藝不得采用水淬的難點(diǎn)，使雙細(xì)化，強(qiáng)韌化成為可能。
在已有的技術(shù)中，鑲鋼結(jié)構(gòu)的工模具鋼熱加工工藝最典型的方法是將鑲鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)件加熱到1100～1150℃鑲鋼至950℃后堆放空冷，再加熱到780～800℃保溫4～5小時(shí)進(jìn)行爐冷球化退火，然后于850℃±10℃保溫0.2～0.5小時(shí)油冷淬火，最后180℃進(jìn)行2～4小時(shí)回火。這種工藝對保證低合金工模具鋼的硬度和耐磨性是可行的，鑲鋼結(jié)構(gòu)也是經(jīng)濟(jì)合理的，可獲得碳化物平均直徑為1.0～1.2μm，奧氏體晶粒平均直徑可為0.2～0.5mm，碳化物網(wǎng)狀為大于2級的金相組織。這種工藝有下列不足①工藝復(fù)雜，生產(chǎn)周期長，耗能量較大，②奧氏體晶粒粗大，網(wǎng)狀碳化物嚴(yán)重，因此，機(jī)械性能較低下，③工序間廢品率高，使用時(shí)崩牙現(xiàn)象較嚴(yán)重。
為解決上述已有技術(shù)的不足，特提出本發(fā)明的工藝方法。
高溫淬火獲得淬火馬氏體組織，是實(shí)現(xiàn)碳化物細(xì)化的基本前提。對此，本發(fā)明的基本構(gòu)思是①使工模具鋼在壓應(yīng)力下產(chǎn)生馬氏體，②將鑲鋼工模具在高溫下加快冷卻速度，以抑制網(wǎng)狀碳化物，③利用高溫回火，實(shí)現(xiàn)碳化物細(xì)化，④降低最終淬火溫度，使奧氏體晶粒細(xì)化。
本發(fā)明的理論依據(jù)是，馬氏體相變點(diǎn)MS與鋼中的含碳量有關(guān)，因此，利用低碳的A3鋼模體(MS≈400。)與高碳的工模具鋼(MS≈210℃)兩者M(jìn)S點(diǎn)的不同，而把它們鑲在一起，形成一個(gè)鑲鋼的復(fù)合結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，當(dāng)將該復(fù)合體加熱到高溫下水淬火時(shí)，因A3鋼模體先發(fā)生馬氏體相變而產(chǎn)生膨脹，它對鑲在一起的高碳工模具鋼產(chǎn)生壓應(yīng)力，所以，當(dāng)高碳工模具鋼冷卻到相變溫度時(shí)，只能在強(qiáng)大的壓應(yīng)力場下相變，當(dāng)這種外加壓應(yīng)力大于相變拉應(yīng)力時(shí)，高碳工模具鋼是不會開裂的，從而克服了工模具鋼碳化物細(xì)化不得采用水淬的難點(diǎn)。這種方法由于加熱溫度高，碳化物溶解完全，下水冷卻快，可完全抑制網(wǎng)狀碳化物的析出。因此，可以實(shí)現(xiàn)雙細(xì)化、強(qiáng)韌化的效果。
本發(fā)明所采用的工藝如下將復(fù)合體加熱到1100～1150℃鑲鋼至950℃-冷卻-球化-最終淬火-180℃±10℃回火2～5小時(shí)，其特征在于，鑲鋼后采用高于900～950℃直接水淬，取代堆放空冷，用550～700℃高溫回火2～3小時(shí)，取代780～800℃4～5小時(shí)的球化退火，加熱820～830℃保溫0.3～0.4小時(shí)水中淬火，取代加熱850℃保溫0.2～0.5小時(shí)油中淬火的工藝，鑲鋼的冷卻或淬火時(shí)采用的水溫為10～90℃。
這種強(qiáng)韌化工藝的特點(diǎn)是①采用高溫水中淬火，克服了這類鋼碳化物細(xì)化不能水淬的難點(diǎn)，由于在壓應(yīng)力下進(jìn)行淬火，因此，生產(chǎn)中不開裂，同時(shí)又抑制了網(wǎng)狀碳化物的析出，為碳化物細(xì)化提供了良好的前提，②用高溫回火代替球化退火，實(shí)現(xiàn)了碳化物超細(xì)化，③降低最終淬火加熱溫度，從而促使奧氏體細(xì)化。實(shí)現(xiàn)了雙細(xì)化、強(qiáng)韌化。
實(shí)行本發(fā)明工藝，可使碳化物平均直徑細(xì)化到0.10～0.40μm，奧氏體晶?？杉?xì)化到0.01～0.02mm，本發(fā)明的鑲鋼結(jié)構(gòu)刀片尺寸范圍可為5000mm×400mm×40mm～10mm×10mm×3mm，模具的尺寸范圍可為φ100mm～φ200mm。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的強(qiáng)韌化工藝，可產(chǎn)生積極的效果①顯著地提高了機(jī)械性能，如鉻鎢錳鋼抗拉強(qiáng)度由σbb＝111kgf/mm2增加到σbb＝270kgf/mm2～290kgf/mm2，而沖擊韌性值ak≈2kg·m/cm2增加到ak＞9kg·m/cm2，洛氏硬度仍保持在HRC＝61～63，②明顯地細(xì)化了碳化物和奧氏體晶粒度，如碳化物由原有工藝的1.0～1.2μm縮小到0.10～0.40μm，并由粗大島狀及網(wǎng)狀而變?yōu)榫鶆驁@滑沒有網(wǎng)狀特征，奧氏體晶粒也由原來的0.3～0.5mm變?yōu)?.010～0.020mm，③縮短工時(shí)，節(jié)約能源，本發(fā)明每年可節(jié)約工時(shí)8000小時(shí)，節(jié)約能源30%，④提高成品率5.2%。
本發(fā)明的具體實(shí)施例如下實(shí)施例1旋切園木用的膠合板刀，尺寸為4000mm×300mm×30mm。將已粗加工過的鉻鎢錳刃鋼與A3鋼刀體，加熱到1130℃進(jìn)行鑲鋼軋焊至950℃后水中淬火，650℃回火2小時(shí)，爐中冷卻到室溫后，再加熱到830℃保溫0.5小時(shí)后水淬，最后于180℃進(jìn)行回火2小時(shí)，經(jīng)校直、磨削，又經(jīng)機(jī)械性能檢測σbb＝284kgf/mm2，ak＝9kg·m/cm2，HRc＝62.5，金相檢查碳化物平均直徑為0.3μm、奧氏體晶粒平均直徑為0.02mm，合格后按要求包裝出廠。
實(shí)施例2木工車床刨平面用的鉻鎢錳刨刀，尺寸為100mm×20mm×3mm，實(shí)施過程同實(shí)施例1，不同的是淬火加熱保溫時(shí)間為0.2小時(shí)，經(jīng)機(jī)械性能檢查σbb＝290kgf/mm2，ak＝9.5kg·m/cm2，HRc＝63，金相檢查碳化物平均直徑為0.2μm，奧氏體晶粒平均直徑為0.015mm，合格后按要求包裝出廠。
實(shí)施例3M20六角螺栓冷鐓模具，外型尺寸為φ160×180mm，模芯采用GCr15鋼，尺寸為φ80×180mm，外套為A3鋼模體。機(jī)加工后，把GCr15模芯過盈鑲壓在A3鋼模體之內(nèi)，然后高溫加熱到1130℃下水淬火，650℃回火2小時(shí)，再加熱820℃保溫0.5小時(shí)后，下水淬火，180℃回火2小時(shí)，經(jīng)磨削加工為成品，金相檢驗(yàn)，GCr15模芯碳化物平均直徑為0.3μm，奧氏體晶粒平均直徑為0.015mm，網(wǎng)狀碳化物小于2級，機(jī)械性能檢查，模芯硬度HRc＝61.5σbb＝350kgf/mm2ak＝9.0kg·m/cm2合格后包裝出廠。
權(quán)利要求
1.一種熱處理領(lǐng)域用鑲鋼結(jié)構(gòu)的工模具鋼強(qiáng)韌化工藝，包括鑲鋼、冷卻、球化、最終淬火和回火，其特征在于鑲鋼后從高溫冷卻采用水淬，用高溫回火代替球化退火，最終淬火采用水淬代替油淬。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的強(qiáng)韌化工藝，其特征在于，鑲鋼后采用高于900～950℃直接水淬。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的強(qiáng)韌化工藝，其特征在于，高溫回火的溫度為550～700℃，回火時(shí)間為2～3小時(shí)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的強(qiáng)韌化工藝，其特征在于，最終淬火溫度為820～830℃。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的強(qiáng)韌化工藝，其特征在于，淬火時(shí)水溫為10～90℃。
全文摘要
具有鑲鋼結(jié)構(gòu)的工模具鋼的強(qiáng)韌化工藝是屬于熱處理領(lǐng)域，這種工藝的特點(diǎn)是鑲鋼之后直接進(jìn)行高溫水中淬火，650℃高溫回火2小時(shí)，再經(jīng)820～830℃最終水淬，然后180℃2小時(shí)回火。經(jīng)過這種處理后，使鉻鎢錳鋼的機(jī)械性能達(dá)到σ
文檔編號C21D1/18GK1038842SQ8810376
公開日1990年1月17日 申請日期1988年6月18日 優(yōu)先權(quán)日1988年6月18日
發(fā)明者陸善炘, 張行順, 管恩荃, 余廣華, 叢錄全, 王德和 申請人:大連理工大學(xué), 大連機(jī)械刀片廠